城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物日排放現(xiàn)狀評價分析

周羽化，盧延娜，張　虞，任　寧，雷　晶

（1.中國環(huán)境科學研究院環(huán)境標準研究所，北京100012；2.北京師范大學水科學研究院，北京100875）

城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物日排放現(xiàn)狀評價分析

周羽化1，2，盧延娜1，張虞1，任寧1，雷晶1

（1.中國環(huán)境科學研究院環(huán)境標準研究所，北京100012；2.北京師范大學水科學研究院，北京100875）

以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物（以BOD5為例）日排放現(xiàn)狀評價為目標，收集了該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠3年例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)計學的方法理論，分析了常規(guī)污染物（以BOD5為例）的排放濃度分布特征。借鑒美國水污染物排放限值制定方法，對該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀進行評價分析，并以此為例，探討了地方城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)水污染物日排放評價分析方法。在此基礎上，提出了該方法對地方及國家水污染物排放標準制定的借鑒意義，及其他需要進一步探討的問題。

城鎮(zhèn)污水常規(guī)水污染物；排放現(xiàn)狀；評價；排放標準

城鎮(zhèn)污水處理廠以處理城鎮(zhèn)居民生活污水、機關、學校、商業(yè)服務機構及各種公共設施排放廢水為主，其主要污染物指標有五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、糞大腸菌群、pH以及油脂類，美國將上述5項指標定義為常規(guī)污染物〔1〕。城鎮(zhèn)污水處理廠大多采用一級處理或二級處理，隨著我國環(huán)境管理的不斷深入，城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造也不斷加強，許多地方城鎮(zhèn)污水處理廠的污染排放水平已有較大程度降低。筆者基于統(tǒng)計學理論方法，采用我國北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠實際排放監(jiān)測數(shù)據(jù)，探索城鎮(zhèn)污水處理廠常規(guī)污染物（以BOD5為例）日排放現(xiàn)狀評價方法，為排放標準的制定、修訂提供參考。

1　研究對象及數(shù)據(jù)來源

以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評價為研究目標，采用了該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠2011～2013年度例行監(jiān)測數(shù)據(jù)。BOD5的監(jiān)測分析方法均采用《水質(zhì)五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》（HJ 505—2009），方法檢出限為0.5 mg/L，監(jiān)測值為日均值。每個廠的數(shù)據(jù)為36個（個別廠少于36個，但均大于30個），13家廠整體數(shù)據(jù)共449個，數(shù)據(jù)分析采用SPSS18.0。

2　BOD5排放濃度概率分布

為了考察城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5排放特征，將該城市某單廠和13家城鎮(zhèn)污水處理廠3年的BOD5排放觀測數(shù)據(jù)分別進行概率分布分析，結果如圖1所示。

圖1　　某單廠和13家廠BOD5排放濃度分布

由圖1可見，無論是單廠還是13家廠整體，BOD5的排放濃度均呈偏態(tài)分布。將BOD5觀測值進行自然對數(shù)轉化，再進行概率分布分析，結果如圖2所示。

圖2　　某單廠和13家廠BOD5自然對數(shù)值分布

由圖2可見，單廠和13家廠整體的BOD5對數(shù)值呈較好的正態(tài)分布。為了進一步驗證BOD5對數(shù)值的正態(tài)性，進行正態(tài)概率圖（Q-Q圖）分析，結果如圖3所示。

圖3　　某單廠和13家廠BOD5自然對數(shù)值正態(tài)概率

由圖3可見，Q-Q圖線性關系吻合程度較高，可以認為BOD5對數(shù)值具有較好的正態(tài)性。由此可見，無論是單廠還是多個廠的整體，常規(guī)污染物的排放濃度均呈對數(shù)正態(tài)分布。

3　常規(guī)污染物日排放現(xiàn)狀評價分析

借鑒美國水污染物排放標準限值制定方法，對文章所述水污染物的日排放現(xiàn)狀由長期平均值（LTA）乘以日變異系數(shù)的結果進行評價。其中，長期平均值反映的是工廠污水處理系統(tǒng)所達到的對污染物的平均控制水平；日變異系數(shù)反映的是由于處理系統(tǒng)波動，可能出現(xiàn)的污染物任意一天排放最大值與期望值的比值〔2-4〕。

3.1單廠長期平均值

對于某個污水處理廠來說，長期平均值采用該廠觀測數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值。該城市13家污水處理廠的處理工藝及BOD5排放的長期平均值如表1所示。

表1　　某城市13家污水處理廠BOD5排放長期平均值

由表1可見，2廠和13廠為一級處理工藝，其余為二級處理工藝。將各廠觀測數(shù)據(jù)進行自然對數(shù)轉換后，采用單因子方差分析（通過方差齊性檢驗），考察處理工藝對BOD5排放水平的影響，結果如表2所示。

表2　　單因子方差分析結果

由表2可見，處理工藝對BOD5的排放濃度影響顯著（顯著性水平0.05），因此，在對BOD5日排放現(xiàn)狀進行評價時，需將一級處理工藝和二級處理工藝區(qū)別對待。

3.2單廠日變異系數(shù)

日變異系數(shù)考察的是在一天時間范圍內(nèi)污染物排放濃度的波動情況，直接影響日均濃度的排放達標。借鑒美國水污染物排放限值制定方法，采用99%置信概率下的變異系數(shù)來反映日排放濃度波動情況。由于BOD5排放呈對數(shù)正態(tài)分布，因此其任意一天變異系數(shù)計算方法為〔4-5〕：

式中：

根據(jù)上述方法，計算得到該城市13家城鎮(zhèn)污水處理廠的日變異系數(shù)，如表3所示。

表3　　某城市13家污水處理廠BOD5日變異系數(shù)

3.3單廠BOD5日排放現(xiàn)狀評價

結合表1中各廠的長期平均值乘以表3中各廠日變異系數(shù)，可以得到該城市各污水處理廠BOD5的日排放現(xiàn)狀評價結果，如表4所示。

表4　　某城市13家污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評價結果

3.4該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評價

就該城市而言，其城鎮(zhèn)污水處理廠的總體長期平均值采用單廠長期平均值的中值，總體任意一天變異系數(shù)采用單廠變異系數(shù)的中值，同時區(qū)分處理工藝。由此，可以得到該城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀總體評價結果，如表5所示。

表5　　某城市城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5日排放現(xiàn)狀評價結果

由表5可見，該城市城鎮(zhèn)污水處理廠的BOD5排放總體處于較低的濃度水平，在筆者方法體系下所得到一級處理工藝和二級處理工藝下的日排放水平分別低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級B（20 mg/L）和一級A（10 mg/L）的標準要求，可見該城市有進一步加嚴其城鎮(zhèn)污水處理廠BOD排放標準的空間。

4　討論

借鑒美國水污染物排放限值制定方法，以北方某城市城鎮(zhèn)污水處理廠為例，進行了以BOD5為代表的常規(guī)水污染物日排放現(xiàn)狀評價方法的探索與研究，在研究中以下幾點值得進一步探討：

（1）經(jīng)過統(tǒng)計分析得到以BOD5為代表的常規(guī)污染物排放符合對數(shù)正態(tài)分布，該分布適用于BOD5、懸浮物等一般情況下均會檢出的污染物，但不適用于COD、氨氮、重金屬等存在未檢出情況的污染物〔4-5〕。COD、氨氮、重金屬等的排放濃度符合delta-對數(shù)正態(tài)分布〔4-5〕，對于這部分內(nèi)容將在其他研究論文中加以論述。

（2）僅探討了日排放現(xiàn)狀評價的方法，而月均排放更能準確反映廢水長期排放情況。對于污染物月均排放水平的評價，更有賴于每日連續(xù)監(jiān)測的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，而目前我國除COD、氨氮以外，其余污染物尚未實現(xiàn)大范圍的自動連續(xù)監(jiān)測，現(xiàn)有數(shù)據(jù)尚無法支持 BOD5、懸浮物等月均排放情況的評價，但COD、氨氮月均排放水平以及與日排放水平之間的關系值得進一步分析研究。值得注意的是，我國現(xiàn)有水污染物排放標準均采用“日均值”（與“任意一天最大值”概念相當），在標準中納入“月均值”無論從標準限值制定，還是標準具體實施，均需配套相應的監(jiān)督監(jiān)測設備技術能力，目前看來還尚待時日。

（3）根據(jù)我國《地方環(huán)境質(zhì)量標準和污染物排放標準備案管理辦法》（環(huán)境保護部第9號令），地方污染物排放標準的發(fā)布和實施主體為省級人民政府，從實踐來看，我國現(xiàn)有地方水污染物排放標準也為省級行政區(qū)劃范圍。筆者僅在某城市范圍內(nèi)就現(xiàn)有污水處理廠的排放水平進行了評價分析，在方法學上對地方標準的制定具有借鑒意義。但在地方標準的制定過程中，還需進一步擴大樣本數(shù)據(jù)量，進一步考察除處理工藝外，來水特征、管理規(guī)范性等其他因素對排放限值的影響，并結合地方環(huán)境管理需求，從而更加科學合理地確定排放限值。

（4）探討的水污染物排放現(xiàn)狀評價方法對于國家水污染物排放標準的制定也具有借鑒意義。但該方法主要采用了現(xiàn)有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法，對于在更宏觀和總體的層面上，進行經(jīng)濟、技術、環(huán)境效益的分析，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前瞻性和指導性方面尚不全面，在國家水污染物排放標準制定中還需開展更為具體詳細的研究。

［1］EPA.Introductiontothenationalpretreatmentprogram［R］.Washington D C：Office of Wastewater Management，2011.

［2］EPA.Development document for effluent limitations guidelines and standards for the organic chemicals，plastics and synthetic fibers point source category［R］.Washington D C：Office of Water，1987.

［3］EPA.Development document for final effluent limitations guidelines andstandardsforthepharmaceuticalmanufacturingpointsourcecategory［R］.Washington D C：Office of Water，1998.

［4］周羽化，原霞，宮玥，等.美國水污染物排放標準制訂方法研究與啟示［J］.環(huán)境科學與技術，2013，36（11）：175-180.

［5］EPA.Statistical support document for final effluent limitations guidelines and standards for the pharmaceutical manufacturing industry［R］.Washington D C：Office of Water，1998.

Assessment on the daily discharge status of regular water pollutants in an urban sewage treatment plant

Zhou Yuhua1，2，Lu Yanna1，Zhang Yu1，Ren Ning1，Lei Jing1
（1.Environmental Standards Institute，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China；2.College of Water Science，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Taking the assessment on the present daily discharge status of regular water pollutants（for example BOD5）in an urban sewage treatment plant in North China as the research object，the three-year routine monitoring data of 13 urban sewage treatment plants have been collected.Based on statistical theory and method，the discharge concentration and distribution characteristics of regular pollutants，for example BOD5，are analyzed.Drawing up lessons from American experiences of formulating methods for water pollutants discharge limit values，the present daily discharge status of BOD5in an urban sewage treatment plant in that city is assessed and analyzed.Taking it as an example，the methods for the assessment and analysis on the daily discharge of regular water pollutants in local urban sewage treatment plants are discussed.On the basis of this，the reference significance of formulating the water pollutant discharge standards both to the local city and the country（China），as well as other problems which needs further discussion are brought forward.

urban sewage regular water pollutants；discharge status；assessment；discharge standards

X703

A

1005-829X（2016）01-0012-04

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項（201209052）

周羽化（1981—），博士。E-mail：zhouyh@craes.org.cn。

2015-11-04（修改稿）